Alam semesta ternyata salah

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Ahli kosmologi berhadapan dengan masalah saintifik yang serius, yang menunjukkan ketidaksempurnaan pengetahuan manusia tentang Alam Semesta. Kerumitan berkenaan dengan perkara yang kelihatan remeh seperti kadar pengembangan Alam Semesta. Hakikatnya ialah kaedah yang berbeza menunjukkan makna yang berbeza - dan setakat ini tiada siapa yang dapat menjelaskan percanggahan aneh itu.

Misteri Kosmik

Pada masa ini, model kosmologi standard "Lambda-CDM" (ΛCDM) paling tepat menerangkan evolusi dan struktur alam semesta. Menurut model ini, alam semesta mempunyai pemalar kosmologi positif bukan sifar (istilah lambda) menyebabkan pengembangan dipercepatkan. Di samping itu, ΛCDM menerangkan struktur CMB yang diperhatikan (latar belakang gelombang mikro kosmik), taburan galaksi di Alam Semesta, kelimpahan hidrogen dan atom cahaya lain, dan kadar pengembangan vakum. Walau bagaimanapun, percanggahan serius dalam kadar pengembangan mungkin menunjukkan keperluan untuk perubahan radikal dalam model.

Ahli fizik teori Vivian Poulin dari Pusat Penyelidikan Saintifik Kebangsaan Perancis dan Makmal untuk Alam Semesta dan Zarah di Montpellier berpendapat bahawa ini bermakna yang berikut: sesuatu yang penting telah berlaku di alam semesta muda yang belum kita ketahui. Mungkin ia adalah fenomena yang dikaitkan dengan jenis tenaga gelap yang tidak diketahui atau jenis zarah subatom baharu. Jika model mengambil kira, percanggahan akan hilang.

Di ambang krisis

Salah satu cara untuk menentukan kadar pengembangan Alam Semesta adalah dengan mengkaji latar belakang gelombang mikro - sinaran peninggalan yang timbul 380 ribu tahun selepas Big Bang. ΛCDM boleh digunakan untuk memperoleh pemalar Hubble dengan mengukur turun naik yang besar dalam CMB. Ia ternyata sama dengan 67, 4 kilometer sesaat untuk setiap megaparsec, atau kira-kira tiga juta tahun cahaya (pada kelajuan sedemikian, objek menyimpang antara satu sama lain pada jarak yang sesuai). Dalam kes ini, ralat hanya 0.5 kilometer sesaat setiap megaparsec.

Jika kita mendapat kira-kira nilai yang sama menggunakan kaedah yang berbeza, maka ini akan mengesahkan kesahihan model kosmologi standard. Para saintis mengukur kecerahan jelas lilin standard - objek yang kilauannya sentiasa diketahui. Objek sedemikian, sebagai contoh, jenis Ia supernova - kerdil putih yang tidak lagi boleh menyerap jirim daripada bintang pendamping besar dan meletup. Dengan kecerahan jelas lilin standard, anda boleh menentukan jarak kepada mereka. Secara selari, anda boleh mengukur anjakan merah supernova, iaitu, peralihan panjang gelombang cahaya ke kawasan merah spektrum. Semakin besar anjakan merah, semakin besar kelajuan objek dikeluarkan daripada pemerhati.

Oleh itu, adalah mungkin untuk menentukan kadar pengembangan Alam Semesta, yang dalam kes ini ternyata sama dengan 74 kilometer sesaat untuk setiap megaparsec. Ini tidak sepadan dengan nilai yang diperoleh daripada ΛCDM. Walau bagaimanapun, tidak mungkin ralat pengukuran dapat menjelaskan percanggahan tersebut.

Menurut David Gross dari Institut Kavli untuk Fizik Teori di Universiti California, Santa Barbara, dalam fizik zarah, percanggahan sedemikian tidak akan dipanggil masalah, tetapi krisis. Walau bagaimanapun, beberapa saintis tidak bersetuju dengan penilaian ini. Keadaan menjadi rumit dengan kaedah lain, yang juga berdasarkan kajian Alam Semesta awal, iaitu, ayunan akustik baryonic - ayunan dalam ketumpatan jirim kelihatan yang memenuhi Alam Semesta awal. Getaran ini disebabkan oleh gelombang akustik plasma dan sentiasa mempunyai dimensi yang diketahui, menjadikannya kelihatan seperti lilin standard. Digabungkan dengan ukuran lain, mereka memberikan pemalar Hubble selaras dengan ΛCDM.

Model baru

Terdapat kemungkinan bahawa saintis membuat kesilapan apabila menggunakan supernova Jenis Ia. Untuk menentukan jarak ke objek yang jauh, anda perlu membina tangga jarak.

Anak tangga pertama tangga ini ialah Cepheids - bintang berubah-ubah dengan hubungan tempoh-kecerahan yang tepat. Cepheid boleh digunakan untuk menentukan jarak ke supernova jenis Ia yang terdekat. Dalam salah satu kajian, bukannya Cepheids, gergasi merah digunakan, yang pada peringkat tertentu kehidupan mencapai kecerahan maksimum - ia adalah sama untuk semua gergasi merah.

Akibatnya, pemalar Hubble ternyata menjadi 69.8 kilometer sesaat setiap megaparsec. Tiada krisis, kata Wendy Freedman dari Universiti Chicago, salah seorang pengarang kertas itu.

Tetapi kenyataan ini juga dipersoalkan. Kerjasama H0LiCOW mengukur pemalar Hubble menggunakan kanta graviti, kesan yang berlaku apabila jasad besar membengkokkan sinar dari objek jauh di belakangnya. Yang terakhir boleh jadi quasar - nukleus galaksi aktif yang diberi makan oleh lubang hitam supermasif. Disebabkan oleh kanta graviti, beberapa imej satu quasar boleh muncul serentak. Dengan mengukur kerlipan imej ini, saintis telah memperoleh pemalar Hubble yang dikemas kini sebanyak 73.3 kilometer sesaat sesaat megaparsec. Pada masa yang sama, saintis sehingga yang terakhir tidak tahu keputusan yang mungkin, yang tidak termasuk kemungkinan penipuan.

Hasil pengukuran pemalar Hubble daripada maser semula jadi yang terbentuk apabila gas berputar mengelilingi lubang hitam ternyata 74 kilometer sesaat setiap megaparsec. Kaedah lain memberikan 76.5 dan 73.6 kilometer sesaat setiap megaparsec. Masalah juga timbul dalam mengukur taburan jirim di Alam Semesta, kerana kanta graviti memberikan nilai yang berbeza berbanding dengan pengukuran latar belakang gelombang mikro.

Jika ternyata percanggahan itu bukan disebabkan oleh ralat pengukuran, maka teori baharu akan diperlukan untuk menerangkan semua data yang tersedia pada masa ini. Satu penyelesaian yang mungkin adalah mengubah jumlah tenaga gelap yang menyebabkan pengembangan dipercepatkan alam semesta. Walaupun kebanyakan saintis memihak untuk melakukan tanpa mengemas kini fizik, masalah itu masih tidak dapat diselesaikan.